网络控制系统的能控性与能观性

针对随机时变时延的存在使得网络控制系统的分析变得非常复杂,传统的控制理论在应用到网络控制系统中时必须重新考虑的问题,通过在传感器和控制器的发送端和接收端引入缓冲器的方法,将网络控制系统中随机时延转化为确定性时延,在此基础上研究了网络控制系统的能控性和能观性,并给出了网络控制系统能控和能观的充分必要条件。该方法可推广至其他的时延系统中去。     

多包传输网络控制系统的对象建模

由于将通讯网络的引入,不可避免地引起传输延时。网络传输延时的存在使网络控制系统的分析和设计更加复杂和困难,尤其是多包传输的网络控制系统。在分析网络多包传输原因的基础上,研究了多包传输网络控制系统的对象建模。系统中传感器采用时间驱动的方式,控制器和执行器采用事件驱动的方式。在考虑系统噪声和网络诱导延时大于一个采样周期的情况下,给出了多包传输的网络控制系统模型。此模型可以用来分析系统的性能。     

一类多包传输网络控制系统的设计及稳定性分析

根据现场总线网络的传输特性，提出了一种适用于多包传输网络控制系统的设计方法，即控制器和传感器节点采取时间驱动方式工作，执行器节点采用事件驱动方式；将多包传输网络控制系统建模为切换控制系统．然后基于切换系统分析方法和稳定性理论得出了网络控制系统指数稳定的充分条件．最后，通过实例分析证实了本文所提设计方法的可行性，以及理论的正确性．     

网络化控制系统的研究现状与展望

随着网络技术的发展,网络化控制系统日益成为人们关注的课题,特别是目前工业以太网所取得的进展引起人们广泛兴趣。介绍了网络化控制系统的发展过程,在综述网络化控制系统研究现状的基础上,对网络化控制系统的建模、状态估计、信息时延、调度算法、通信约束等方面进行了深入分析,并对其中的建模、网络信息调度的最优化、网络环境下控制理论研究、应用研究等方面的未来发展作了展望。     

一类网络控制系统的建模及分析

网络控制系统由于将通信网络引入控制系统的闭环反馈中,使得对其的分析、仿真和设计非常复杂。作为这些工作的基础,对网络控制系统如何建模以及建立合适的模型,意义尤显重要。在给出一定合理假设的条件下,对通信网络只存在于传感器和控制器之间的一类网络控制系统结构进行了分析,建立了其适当的数学模型。考虑到网络控制系统中通信网络的存在会导致多数据包传输的情况,因此在给出模型的基础上,又建立了多数据包传输的网络控制系统模型,并做了分析。     

数据包丢失网络控制系统的保成本控制

针对同时具有不确定短时延及数据包丢失的网络控制系统,引入丢包补偿器补偿丢包对系统的影响,当发生数据包丢失时,控制器采用丢包补偿器产生的预估状态代替系统的真实状态计算控制量。同时考虑不确定短时延的影响,将网络控制系统建模为一类具有参数不确定的离散切换系统．利用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,简称LMI)方法给出了系统的保成本控制器和丢包补偿器的协同设计方法,仿真结果表明所提出的方法是有效的。     

短时延多包传输网络控制系统的稳定性分析

提出一种短时延多包传输网络控制系统的建模方法.把多包传输网络控制系统建模为具有一定切换规则的线性切换系统模型.利用切换系统理论和鲁棒稳定性理论，得到多包传输网络控制系统的渐近稳定性判据,并首次提出周期动态输出反馈镇定控制器的设计方法.最后通过数值算例证明文中结论的可行性和有效性.     

不确定时滞模糊系统的鲁棒H∞网络控制

A robust H_∞networked control method for Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy systems with uncertainty and time delay is presented.A state feedback controller is designed via the networked control system (NCS) theory.Sufficient condition for robust stability with H_∞performance is obtained.Network-induced delay in network transmission and packet dropout are analyzed. Simulation result shows the validity of this control scheme.     

基于信噪比受限通道的网络控制系统镇定

研究了同时考虑通信和网络特性的线性系统镇定问题.首先针对连续时间网络控制系统,使用线性矩阵不等式方法得到了系统镇定所需要的最小信噪比;然后将问题推广到一类更为复杂的离散时间异构网络控制系统并得到了相似的结论.其中建立的多传感器随机时滞模型很好地刻画了token-passing总线控制网络,它更具有实际意义;最后通过数值例子对以上理论进行了仿真验证,有效表明了系统镇定时被控对象不稳定极点、网络时滞和信噪比之间的关系.     

Robust stability analysis of networked systems with varying delays

This article is concerned with networked controlled systems (NCS) with uncertain, varying, bounded transmission delays and asynchronous discrete-time static control laws. It is first shown that the delay variation gives rise to a discrete-time uncertain NCS model; robust stability analysis is carried out via a linear matrix inequality approach which, when combined with a directed parameter search, yields an estimate of robust stability bounds against any variations of the maximum allowable delay (constrained within one sampling period) that the closed-loop system can tolerate. The derived bounds are compared with other techniques relying on the singular values of the perturbed NCS-model. The presented simulation results prove the efficacy of the proposed control scheme.     

具有控制约束的网络控制系统的鲁棒H_∞控制

针对具有控制约束的网络控制系统(Networked Control Systems,NCS)的特点,建立了具有外部扰动的网络控制系统模型,对其H∞性能加以分析和研究,并验证所取得的理论成果.假设具有控制约束的网络控制系统的H∞控制器与执行器均为事件驱动,传感器为时间驱动,且网络诱导时延小于传感器的采样周期,然后将此类网络控制系统的广义被控对象建模为一类线性离散系统,运用Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI),导出闭环系统渐近稳定且满足给定H∞性能指标的充分条件,并给出了控制器的具体求法.得到了系统的H∞控制器存在条件及具体方法,通过设计该控制器,使具有外部扰动的网络控制系统的性能有很大的改善,通过Matlab仿真证明该控制器行之有效.     

基于模型的网络控制系统稳定性分析及应用

针对时延网络控制系统中被控对象状态无法直接测量的情况,提出了基于模型的时延网络控制系统模型。系统采用状态反馈控制器,在网络信号传输时间间隔内,以被控对象模型为依据,计算控制信号,以减少系统对网络的依赖。在此基础上,给出了网络控制系统全局指数稳定的充要条件,该条件受网络信号更新时间、被控对象模型误差及网络引起的时延等因素的影响。仿真示例验证了该条件的有效性,应用在工业控制系统中,取得了较好的控制效果。     

具有数据包丢失及多包传输的网络控制系统稳定性

在分析网络数据包丢失和多包传输原因的基础上,研究存在数据包丢失和多包传输的网络控制系统稳定性问题.根据网络数据包丢失模型,提出了信号传输成功率应满足的系统指数稳定性条件,并依据具有事件概率限制的异步动态系统理论建立了多包传输网络控制系统模型,给出了判定系统指数稳定性的充分条件.仿真示例验证了上述判定系统稳定性条件的有效性.     

不确定时滞网络控制系统的状态反馈控制

在网络传输过程中, 系统的稳定性受不确定, 网络延迟, 丢包和错序所影响. 本文针对这些非理想网络状况,研究了网络控制系统状态反馈控制. 建立连续时间系统模型时, 还引入了一个定常状态时延, 使得模型更贴近实际.随后, 运用改进的Lyapunov-Krasovskii函数, 推导出网络控制系统鲁棒稳定的充分条件, 并基于该充分条件得到利用线性矩阵不等式(LMI)的控制器设计方法, 再运用迭代算法求解相关系数. 最后通过MATLAB数值仿真算例, 证明了本文方法的正确性和有效性.     

网络化控制系统的研究综述

通过实时数据通信网络形成闭环回路的控制系统称为网络化控制系统。文章系统地阐述了网络化控制系统的产生、发展及典型系统。通过当前的研究现状分析了网络化控制系统的结构及特性,特别是延迟特性。从不同的应用角度着重讨论了网络化控制系统的控制方法。最后指出了进一步的研究问题。     

网络控制系统中的时戳预测函数控制

传统预测函数控制算法不能有效处理网络控制系统中的随机延迟,为此提出了时戳预测函数控制算法.该算法使用时间戳来估计由网络引入的控制延迟,在预测系统未来输出时明确考虑了该延迟,然后借鉴传统预测函数控制算法的基本策略,得到了适用于网络控制系统的控制规律.进一步由TrueT im e工具箱搭建了网络控制系统仿真平台,对比了时戳预测函数控制算法和传统预测函数控制算法.仿真结果表明随着网络引入延迟的增大,时戳预测函数控制算法给出控制品质明显优越于传统预测函数控制算法.     

具有时延和数据包丢失的网络控制系统稳定性

针对单数据包传输情况,将同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统建模为具有事件约束的异步动态系统,依据Lyapunov稳定性原理,提出了同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统指数稳定的网络诱导时延条件和数据包丢失条件,对条件进行了实例仿真验证,仿真结果表明该条件是有效的.     

具有数据包丢失的网络控制系统保性能控制

本文研究了一类具有数据包丢失的网络控制系统(NCSs)的建模和保性能控制问题.通过用两个马尔可夫链分别来描述前向通道和反馈通道的丢包过程,将闭环网络控制系统建模成具有两个模式的马尔可夫随机切换系统.基于线性矩阵不等式技术和李亚普诺夫方法得到了闭环系统随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈保性能控制器的设计方法.最后通过数值算例验证本文结果的有效性.     

Sampled‐data control of networked nonlinear systems with variable delays and drops

This paper investigates the stabilization problem of the nonlinear networked control systems (NCSs) with drops and variable delays. The NCS is modeled as a sampled‐data system. For such a sampled‐data NCS, the stability properties are studied for delay that can be both shorter and longer than one sampling period, respectively. The exponential stability conditions are derived in terms of the parameters of the plant and time delay. On the other hand, a model‐based control scheme based on an approximate discrete‐time model of the plant is presented to guarantee the stability of the closed‐loop system subject to variable time delays and packet losses. The performance of the proposed control schemes are examined through numerical simulations of an automated rendezvous and docking of spacecraft system. Moreover, the simulations show that by employing the model‐based controller, a higher closed‐loop control performance can be achieved. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Modelling and robust stability of networked control systems with packet reordering and long delay

In this article, modelling and robust stability of networked control systems (NCS) are discussed. Considering the existence of packet reordering and network-induced delay, a new mathematical model of NCS whose network-induced delay is longer than one sampling period is obtained, which can fully describe packet reordering and effectively eliminate the impact of packet reordering on the performance of NCS such that the newest control input can be executed by the actuator. Based on this model, the time-varying NCS is converted into an uncertain discrete linear system with multi-step delay in terms of matrix theory. Furthermore, a sufficient condition for robust stability of NCS is presented. Linear matrix inequality approach has been employed to solve the controller design problems. Numerical examples are compared with previous schemes to demonstrate the effectiveness of the proposed method.